大跨度斜拉橋無砟軌道施工精度監測方案研究

蘇雅拉圖

（中鐵三局集團有限公司，山西 太原030001）

1 前言

隨著中國交通運輸及高速鐵路網的飛速發展，截至2019年底，中國高速鐵路運營里程超過35000 km，其中高速鐵路橋梁10000 余座，總長約16000 km，占線路長度的45.2%。中國高速鐵路橋梁主要采用32 m 簡支箱梁，占中國高速鐵路橋梁總長的90%以上。與此同時，中國的高速鐵路無砟軌道鋪設技術已達到世界領先水平，對于不同地貌、不同地質情況均可鋪設高質量的無砟軌道，但這僅限于普通的橋梁、路基、隧道等地段，對于跨度200 m 及以上的大跨度高速鐵路鋼梁斜拉橋無砟軌道鋪設來說，國內外依然很少見，同等規模的工程少之又少，同類技術缺乏[1]。

2 工程概況

新建商合杭鐵路為商丘至合肥至杭州客運專線，設計時速350 km/h，正線數目為雙線，線間距5.0 m。其中的裕溪河特大橋位于安徽省馬鞍山市含山縣與蕪湖市鳩江區境內，總長814.5 m，含（60+120+324+120+60）m 雙塔鋼箱桁梁斜拉橋主橋及兩端各兩孔簡支箱梁，設計采用CRTSⅢ型板式無砟軌道。

裕溪河特大橋主橋為324 m 鋼箱桁梁斜拉橋，橋梁全部為縱向支座和多向支座，主橋屬半漂浮體系。按照裕溪河特大橋斜拉橋無砟軌道工期安排，無砟軌道施工時段為7—9月，最近3年蕪湖的歷史天氣記錄如表1 所示。

橋梁在風荷載、溫度荷載以及自重荷載作用下，位移和變形較大且復雜。如何掌握橋梁變形和位移的規律，無砟軌道施工中線形控制與橋梁變形相適應是保證軌道結構的高平順性、高穩定性及高可靠性的重要基礎[2-4]。因此，本工程重難點如下：①施工精度和測量技術要求高，現場在不同時段和環境下鋼箱梁變形大，現場測量控制難度大；②根據設計院提供的相關技術資料得知，本橋無砟軌道施工后的線性標準會超出高速鐵路軌道靜態鋪設精度控制限制標準。

表1 近3年氣溫調查情況表

3 施工準備階段監測控制

3.1 CPⅢ控制網的建立及控制點布設

3.1.1 CPⅢ點位布設

主橋上CPⅢ點按如下原則布設：①在大小里程靠近主塔的第一個過渡墩頂面（即裕溪河特大橋的278#和281#墩）分別布設一對CPⅢ點；②在大小里程的主塔內側面分別布設一對CPⅢ點；③在中跨的五等分處，分別布設一對CPⅢ點；④在大小里程的伸縮縫簡支梁橋上靠近主橋的桁梁下節點板上，分別布設一對CPⅢ點。

高程基準點布設位置示意圖如圖1 所示。

圖1 高程基準點布設位置示意圖

綜上所述，主橋上面的CPⅢ網共有15 對，共30個CPⅢ點，點位布設于桁架下節點板上，高于防護墻30 cm。具體沿線路分布如圖2 所示。

3.1.2 觀測點布設

觀測點根據主橋無砟軌道伸縮縫中心的位置，在橋面兩側防護墻與底座板間的梁面上設置，在大小里程的伸縮縫主橋上靠近簡支梁橋的防護墻頂面，分別布設一對觀測點[5]。

3.1.3 CPⅢ控制網平面測量

由于斜拉橋自身為半漂浮體系，CPⅢ控制網的測量工作難度加大，測量數據的準確與否直接關系到施工質量以及施工安全。

因此，CPⅢ平面控制網的觀測環境要達到以下要求：氣象穩定、夜間溫度變化小的時間段，避免雨霧天氣，避免其他工序的施工干擾，以保證CPⅢ建網的觀測精度。

圖2 CPⅢ埋設沿線路分布示意圖

在每次進行測量工作前，先對CPⅢ控制網進行復核，復核完成后再進行測量工作。主橋上的CPⅢ平面網和高程網測量，組織兩組人員和兩套儀器設備同時從邊跨向中跨進行測量，在盡可能短的時間段內完成主橋上CPⅢ網的測量。CPⅢ控制網采用自由測站邊角交會網的方法測量，自由測站的測量，從每個自由測站，將以2×6個CPⅢ點為測量目標，每次測量應保證每個點測量3 次，測量方法如圖3 所示[6-8]。

圖3 CPⅢ平面網觀測網形示意圖

3.2 橋形監測

在完成CPⅢ控制網建立及觀測點埋設后，對成橋線形進行監測，統計分析全橋變形規律，做好加載前的數據儲備。對全橋進行壓重試驗。壓重采用水袋加水方式，單個水袋尺寸為6 m×2.5 m×1 m，縱向擺放于底座板相應位置，壓重荷載為50 kN/m，加水重量按體積控制，達到設計壓重重量后對CPⅢ控制網進行再次復測后進行第二次監測。壓重監控測量完成后進行卸載，卸載采用梁面縱向直排，匯入梁端橋下地方水系。卸載時按照從跨中向梁端的順序卸載。卸載后再次對CPⅢ控制網進行復測及監測，形成監測數據。

同時，需在全載條件下進行索力調整，根據監測數據指令，調整達到二期恒載狀態下的成橋線形。壓重橫斷面示意圖如圖4 所示。

圖4 壓重橫斷面示意圖

4 結構層施工階段監測控制

斜拉橋無砟軌道結構層總體施工順序：主橋兩側簡支梁無砟軌道底座施工→主橋橋面墊層施工→主橋無砟軌道底座施工→主橋及兩側簡支梁無砟軌道軌道板鋪設→主橋兩端過渡段道床板施工→防水層施工[9]。

在整個無砟軌道施工過程中，對橋體線形的監測是非常重要的一項工作，監測數據可以直接指導現場施工。監測工作主要包括高程監測和平面位置監測。首先在鋼梁上布設觀測點，在每一層結構層施工前后對這些觀測點進行測量，由測量數據計算線形變化情況，擬合出變化曲線。由此數據和橋體理論變化值進行比較核驗，然后指導下一步施工。

5 實際應用技術經濟效益

在裕溪河特大橋斜拉橋無砟軌道施工過程中，面對裕溪河特大橋斜拉橋結構新穎、技術含量高、工期緊、施工難度大等問題，綜合了國內外已有先進技術，科學安排組織監測，經實踐證明，技術經濟效益明顯。

對CPⅢ控制網的科學布設以及其成果的準確把握，杜絕了施工過程中因測量數據不準確甚至測量結果有誤而導致施工進度緩慢或者出現返工的現場，直接經濟效益50萬元。對于斜拉橋關鍵性的連續性線形監測技術，通過科學合理的監測方案，及時準確地掌握斜拉橋形變情況，有效推動了整個施工的順利進行，最后將無砟軌道線形控制在規范以及預期的誤差范圍之內。邊跨最大誤差為不超過4 mm，中跨最大誤差不超過7 mm[10]，保障了無砟軌道施工的安全和質量，直接經濟效益10 萬元。

6 結語

本項目實施的裕溪河特大橋斜拉橋為大跨度雙塔鋼箱桁梁斜拉橋，該橋結構新穎、技術含量高、施工難度大，對于該橋的無砟軌道施工更是世界首例大跨度鋼箱桁梁斜拉橋無砟軌道施工。在無砟軌道施工過程中，在橋體變形情況不易掌握，無砟軌道線形很難得到保障的情況下，該項目的完成將此類橋體無砟軌道施工的精度調到了新的高度。針對CPⅢ的布設以及測量方案，可以推廣到高速鐵路所有非固定型橋梁的測量工作中；而斜拉橋的監測方案，也可推廣到所有大型橋梁或大型構筑物的施工作業當中，對今后國內外高速鐵路大型橋梁建設項目具有較大的參考價值。

由于要保證施工精度和工程質量，施工測量只能在良好天氣下的夜間進行，且每次施工前必須對CPⅢ控制網進行復測平差，導致有效施工時間短，且此類大跨度鋼箱桁梁斜拉橋無砟軌道施工針對性強、施工難度大，目前國內外此類技術還未達到成熟階段，將進一步對大跨度斜拉橋無砟軌道施工技術進行全面、系統的研究。